煉油工業過程的控制和研究

＊邢 勐

（中國石油化工股份有限公司煉油事業部 北京 100728）

引言

從一定程度上來說，煉油工業為人們的生產生活提供了許多的便利，并且它也能夠為相應的產業提供原材料，煉油工業是我國最重要的支柱產業之一，它與我國的國際民生與國家的發展有著非常重要的聯系。在世界五百強的前十名當中，煉油企業所處的地位不可撼動。煉油工業屬于一種連續過程工業，這種工業對于自動控制方面的要求是比較高的，煉油工業在很早之前就已經開始應用過程控制技術，隨著時代的發展和進步，越來越多的大規模連續過程工業出現在人們面前，在這樣的背景下，過程控制已經成為了其必要的一部分，它能夠有效地保證煉油的高品質和高產量，并且還能夠從一定程度上降低工業生產的成本。

1.煉油工業過程先進控制的研究現狀

對于煉油工業生產過程的控制來說，它需要符合實際流程工業發展的需求，并且煉油工業生產過程的控制和相關的控制理論，涉及到的控制工具和一些相關的學科的發展之間都有著不可分割的聯系。從20世紀40年代經典控制論的形成以來，PID控制被應用到了相關的流程工業生產過程當中，推動了流程工業的進步和發展；之后的50年代便繁衍出了工程控制論，工程控制論的出現，有效地推動了PID技術有關的一些控制技術的發展。直到今天，這些控制技術仍然被廣泛地應用在我國的相關工業生產過程當中。

在1992年，國外的一些新型的、先進的控制軟件被初次應用到了我國的煉油行業領域當中，主要應用在催化裂化裝置當中，但是并沒有取得很大的突破，只是單單將一般的PID控制方案轉化為了多變量控制，此種用模型預測控制的多變量控制的主要目的就是為了能夠利用穩定性較高的卡邊優化控制來達到提高經濟效益的目的，爭取將經濟效益以最大程度被提高，但是當時的情況是普遍裝置產能過剩，在這樣的背景下，并不能夠把先進控制的作用以最大程度地發揮出來。

國外相關的公司有著一些比較先進的控制軟件，再加上其公司有著很強的研發能力以及一些在國外的相關成功應用案例，和我國的相關企業互相合作，便在很短的時間內就將我國的石化行業壟斷，在這樣的背景下，我國的高校在國家和相關行業的支持下，加大力度開展模型預測控制應用技術以及工程化軟件的研究，研發出了與國外相關先進軟件水平同等的工程化先進控制軟件，被廣泛地應用到相關的行業領域當中，并取得了優異的成績。但是當時因為一些因素的限制，比如國內研發的支持力度不夠，這種軟件在一些方面與國外的先進控制軟件相比較還是有些落后，并且當時相關的絕大多數企業對國外的軟件更加信任一些，導致我國的先進軟件的發展受到一定的限制。但是國內先進控制軟件產品的發展在降低國外控制軟件的壟斷價格上起到了至關重要的作用，并且在這樣的背景下還培養了一批相應的人才，同時也得到了相關的技術儲備。

在最近這些年來，我國清華大學相關的研究團隊對于先進控制軟件的推廣與應用當中存在的問題和困難開始進一步深入地研究與探討，在先進控制軟件不能夠很好地滿足我國發展現狀上做出了相應的改善，有效地減少了非線性、事變特性以及負荷變化等因素。對先進控制軟件作用的限制，從而研發出了更加能夠彰顯我國特色的先進控制技術軟件，同時所研發出的先進控制軟件也擁有著自己的知識產權，被成功地應用到相關工業的生產過程當中，從很大程度上解決了我國先進控制技術的應用困難以及效益久久發揮不出來的問題，得到了社會的廣泛認可。

2.煉油工業過程先進控制存在的問題和解決思路

從20世紀中期一直到現在，這一整個時間段當中，有很多的嶄新的、先進的控制方法被研究出來，并且在煉油工業生產過程當中被應用，如今可以說成是大型生產裝置當中的一部分。充分彰顯出了我國現代化的水平，并且其它相關的一些過程工業也開始逐漸地應用起來。

因為在煉油工業開展的過程當中，原油的成分具有一定的多變性，這對先進控制技術作用的發揮會造成一定的限制，因為先進控制技術而所獲得的油品質量控制的主要依靠就是軟測量，但是就我國當前的情況來看，絕大多數煉油行業所獲得的加工原油渠道不明，并且原油品質的高低不同，有較多的劣質原油，這就無法有效地控制原油的性質，從而對軟測量模型的進度會造成一定程度的影響，這樣情況的出現就使得油品質量的控制不能夠得到充分的保障，所以提高經濟效益更是空談，導致先進控制技術的作用不能夠得到有效地發揮。就當前的情況來看，很大一部分的應用先進控制的場合主要應用的是寬度較大的質量指標約束區域或者是應用較低的加權系數，這樣做的目的主要在于解決油品質量閉環控制方面的難題，但是這樣做有一個弊端就是導致先進控制的價值和意義被抹掉了。因此，在實際的生產當中，原油成分性質不斷變化的背景下，怎樣將先進控制的作用充分地發揮出來是當下值得探討的問題。

這個問題的主要切入點可以是研究出怎樣減少原油成分和性質的變化對軟測量模型精度所造成的影響，也可以說是怎樣能夠有效地控制原油性質和成分變化的頻率。而調度優化能夠在迎合市場實際需求的基礎上，以最大程度減少對原料成分的改變，進而能夠有效地保證生產過程當中的穩定性，調度優化能夠為正常的生產運行提供充分的保障，并且能夠對煉油生產從整體上進行優化。因為在開展煉油生產過程當中所應用的原料的組成十分復雜，并且這些復雜的混合物能夠被有效地利用起來，所以將原料的調度優化進行利用是可行的，但是其中也存在著一定的復雜性，并且，模型的準確描述對調度優化也會造成一定的限制。

在煉油開展的過程當中的復雜程度與建立調度模型的難易程度是成正比的：

（1）不同原料進料的各方面也不一樣，具體表現在其生產出油成品的收率以及其各種成分的含量，并且其加工過程中所需投入的成本也不同，對其的消耗也不同，所以說只應用一個單一模型對煉油生產的整個過程進行調度優化是比較片面的。

（2）就算在進料原油相同的基礎上，因為相關的生產方案之間有些出入，油品所采用的加工方式和手段都不同，會使得油品成品的收率以及存在各種元素的含量也不同；如果油品生產的過程當中由于裝置操作不當或者是出現了違和原本調度方案當中的相關操作要求，會使得所建立出的調度優化模型缺乏一定的適應性。

（3）因為煉油的生產過程是比較漫長的，調動方案的不同，在對其進行操作和所要付出的代價之間會存在著一定的差異，舉例來說，對上游裝置進行調整的調度方案要比下游裝置進行調整的調度方案的操作過程所要耗費的時間要更多一些，而且會對其它的一些生產裝置造成一定的影響。對于傳統的調度建模方法來說，其缺乏對當前這種狀況的適應性，并且也沒有能夠對其實施有效解決的方法。

這些情況的出現，使得本有的調度模型并不能夠充分滿足實際當中的調度需求，導致現有的調度方法的效果不能夠很好地發揮出來。當前應用模型的單一性不能夠將相關的進料原油以及相關裝置的優化方法的實際情況很好地反應出來，在一些資料當中雖然有提到相關的模型方案，但是單單依靠調度領域本身以及傳統的建模途徑同樣不能很好地實現。煉油生產過程當中存在的一些調度優化的相關問題，雖然被許多的學術界所報道，但是實際上卻極度缺少成功的應用案例，對于這些問題的探討更多的是計劃優化。在工業界當中，應用比較多的是一個相關的調度排產作業的驗證平臺，但是它對過程模型描述和全廠調度優化大規模優化求解問題并沒有進行相應的解決。就當前的情況來看，調度主要依靠的是相關調度人員的實踐經驗，以此來維持生產的安全穩定運行，在產品與原料的市場供應以及需求方面的變化也都是需要相關的調度人員來處理，由于一些因素的影響而導致出現了限產或者是停產的情況亦是如此。如果在實際的生產過程當中，出現了過濾過程時間長或者是產品的需求變化過快的情況，相關的調度人員一般都是應用過調的手段，這樣做便會使得生產過程當中運行方案的切換頻率更高，便更進一步導致原油生產原料以及相關設備上的更換更加頻繁，這樣情況的出現，會導致油品生產的過程波動幅度過大，不能夠得到穩定的運行，在這樣的情況下，先進控制的作用也不能夠很好地發揮出來，所以，優化調度的有效執行能夠很大程度上解決先進控制過程當中存在的問題。

當前我國的相關智能煉油場的示范企業主要應用的是對線性模型的計劃改善之后的結果，利于流程模型來做好相關的調整工作，這樣便能夠從一定程度上加大計劃優化成功的概率，進而有效地減輕調度優化的難度，使計劃優化和調度優化同步，但是還是有一個關鍵性的問題沒有得到有效地解決，那就是適應不同原油以及不同操作模式的模型描述問題，不能夠很好地滿足調度優化與快速調度的需求。對于煉油工業過程的控制來說，當前還是有原油性質變化頻繁而影響軟測量模型精確程度的、調度模型的描述在不同原油與不同的操作手段下的問題仍然有一大部分優化問題沒有得到解決等，這些問題對于先進控制的應用以及先進控制作用的發揮都有著非常重要的影響。

3.結束語

總的來說，在時代的發展下，過程控制被賦予新的意義，在煉油工業工程的控制當中，理論和技術的同步發展為其過程的控制提供了更先進和更實用的手段，過程控制的前景是非常廣闊的，還需要相關的專業人員進行更深入的探索和研究。